聚丙烯纤维混凝土与玄武岩纤维混凝土燃烧性能研究

覃杰 胡涛 唐明英 全成 邹飞 张金秋

（贵州省公路工程集团有限责任公司，贵州 贵阳 550008）

0 引言

因为现代隧道车流量日益增加，需要通行运输危险材料的车辆也不断增多，导致发生火灾的可能性不断增加，又因为现代隧道的长度日益增长，发生火灾时，排烟、逃生、救援难度加大，导致火灾的时间延长，对建筑物的损坏很大，所以对于长隧道结构物使用的材料有必要考虑耐火性能的高低问题。

1 工程概况

桐梓隧道位于重遵高速第七和第八合同段，为贵州第一长高速公路隧道，左洞长10497m,右洞长10485m。该隧道离地面垂直深度最高可达630米，由于其穿过煤系地层，存在高瓦斯段落。为了防止营运过程中火灾对混凝土的损害，引发混凝土后面的瓦斯，发生更严重的连锁反应灾害，所以对聚丙烯纤维混凝土和玄武岩纤维混凝土的抗燃烧性进行试验研究，为工程材料选用提供参考。

2 燃烧试验方法

1）纤维明火燃烧直观试验：在两种纤维中加入煤油，点明火燃烧，聚丙烯纤维见火就卷，玄武岩纤维燃烧后不变形。

2）用于燃烧试验的配合比和材料：采用相同的配合比（水泥∶砂：碎石∶减水剂∶速凝剂∶水：纤维=450∶890∶789∶3.6∶27.0∶171∶1.5），聚丙烯纤维和玄武岩纤维，碎石粒径5～12mm。

3）试件：使用两种不同规格的试件，一种为100*100*100mm的立方体试件，另一种为40*40*160mm的胶砂试件。

4）设备：使用2000℃高温炉。

5）试验方法：先把常温的试件放入高温炉，燃烧到所需的温度后，继续燃烧两小时，冷到室温再进行抗压和抗折试验。燃烧的温度分别是100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃。

3 试验结果数据分析

3.1 40＊40＊160mm的试件燃烧试验数据统计分析

图1 不同温度下玄武岩纤维混凝土抗折抗压强度损失曲线（40＊40＊160试件）

图2 不同温度下聚丙烯纤维混凝土抗折抗压强度损失曲线（40＊40＊160试件）

1）在相同温度情况下，玄武岩纤维混凝土抗折强度损失大于抗压强度损失15%～40%（图1），聚丙烯纤维混凝土抗折强度损失大于抗压强度损失15%～56%（图2）。

2）燃烧到500℃以下时，聚丙烯纤维混凝土抗折强度损失大于玄武岩纤维混凝土抗折强度损失（图3）。

3）随着温度增加，混凝土抗压强度损失在变化。燃烧到300℃时以下时，混凝土抗压强度损失小于10%（图4）。

4）燃烧到400℃时，聚丙纤维混凝抗折强度损失67%，玄武岩纤维混凝土抗折强度损失40%（图3）。

5）抗压强度损失比较，聚丙纤维混凝抗压强度损失大于玄武岩纤维混凝土抗压强度损失（图4）。

图3 不同温度下玄武岩纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土抗折强度损失（40＊40＊160试件）

图4 不同温度下玄武岩纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土抗压强度损失（40＊40＊160试件）

3.2 10＊10＊10的混凝土试件燃烧试验数据统计分析

1）燃烧试验后观察，玄武岩纤维混凝土燃烧到800℃，试件破坏后还能看见纤维，聚丙烯纤维混凝土燃烧到300℃，试件破坏后就看不到纤维。说明玄武岩纤维耐高温性能好。

2）抗压强度损失随温度增加而增加，在相同温度条件下聚丙烯纤维混凝土损失大于玄武岩纤维混凝土（图4）。

3）在同等温度下，试件越小，燃烧后强度损失越大（图5）。

图5 两种规格的试件（40＊40＊160与10＊10＊10）燃烧到不同温度下的强度损失情况

4 特长隧道结构物燃烧极限规定

根据《建筑设计防火规范》GB 50016-2018规定，隧道应按其封闭段长度和交通情况分为一、二、三、四类，并应符合表1的规定。

表1 单孔和双孔隧道分类

对于一、二类隧道，其承重结构体耐火极限不应低于2.00h。受火后，当距离混凝土底表面25mm处钢筋的温度超过250℃，或者混凝土表面的温度超过380℃时，则判定为达到耐火极限。

5 分析

根据试验数据，两种纤维混凝土达到耐火极限的温度（380℃）时，混凝土抗压强度损失小于15%（图5），不影响受压结构物的使用功能。从图3看出，温度为380℃燃烧2h时，聚丙纤维混凝土抗折强度损失60%，玄武岩纤维混凝土抗折强度损失40%，严重影响弯拉构件的受力，但玄武岩纤维混凝土抗折强度损失相对较小。

6 总结

玄武岩纤维混凝土与聚丙纤维混凝土燃烧后性能比较，有以下优点：1）相同温度下，抗压强度损失小；2）抗折强度损失最大时小于50%；3）玄武岩纤维属于无机材料，不易燃烧；4）在弯拉构件中耐火性能高，能提高50%的抗风险能力；5）又因桐梓隧道10.4km,出现火灾时救援时间可能延长，为了提高瓦斯地段的安全系数，建议采用玄武岩纤维来增强混凝土抗折、抗裂性能。